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        硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)及其應(yīng)用

        時(shí)間:2025-01-11 08:44:32 作者:147小編 點(diǎn)擊: 次

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        1、硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)

        1.1、硅烷的結(jié)構(gòu)

        Y-R- Si Men X3-n

        Y (有機(jī)基團(tuán))

        ①、環(huán)氧epoxide;②、甲基丙稀酰氧基methacrylate;③、巰基mercaptan (SH);④、氨基amine;⑤、烷基alkyl;⑥、異氰酸酯基isocyanate;⑦、乙烯基vinyl。

        注:X為可水解基團(tuán),可與含羥基無(wú)機(jī)材料反應(yīng)。X 基團(tuán)越大,水解越慢,主鏈上的Me基團(tuán)進(jìn)一步減慢了水解反應(yīng)。

        X (可水解基團(tuán))

        Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-

        注:Y為有機(jī)官能團(tuán),可與高分子出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)或形成氫鍵等,從而與高分子形成牢靠的結(jié)合。

        1.2、常用硅烷

        1.3、硅烷的偶聯(lián)和交聯(lián)功效

        有機(jī)(聚合物)分子之間形成化學(xué)鍵;

        每一個(gè)已接枝的硅烷基團(tuán)(-Si[OR]3)含有三個(gè)可交聯(lián)點(diǎn);

        交聯(lián)需要濕氣并放出醇;

        交聯(lián)加強(qiáng)耐化學(xué)性和耐UV性;

        如用于:交聯(lián)聚乙烯電纜,管材;水性涂料的耐水性,耐化學(xué)品,耐擦洗。

        1.4、硅烷的偶聯(lián)功效

        1.4.1、在有機(jī)-無(wú)機(jī)界面形成化學(xué)鍵接;

        1.4.2、防止?jié)駳庋刂缑鏉B透;

        1.4.3、防止界面破壞;

        1.4.4、將強(qiáng)度由填料傳遞到樹(shù)脂;

        1.4.5、加強(qiáng)填料的分散性或降低材料的粘度。

        1.5、硅烷的水解反應(yīng)

        所有硅烷都對(duì)濕氣敏銳。

        一般 X= 甲氧基、乙氧基、異丙氧基等。

        X = Cl 快速水解,但很少用因水解的產(chǎn)物 (HCl) 有腐蝕性。

        影響硅烷水解和縮聚反應(yīng)的原因

        1.5.1、硅烷在水中的濃度

        1.5.2、硅烷水溶液的pH值

        1.5.3、催化劑

        1.5.4、硅烷的水溶解性

        1.5.5、空間位阻和極性原因

        A-187 和其三醇的水解和縮聚反應(yīng)速度

        1.6、硅烷的水解反應(yīng)原理

        1.6.1、特種的酸和通常的堿可催化水解反應(yīng);

        1.6.2、水解反應(yīng)在pH 7時(shí)最慢;

        1.6.3、在pH少于4或大于7時(shí),可促進(jìn)低聚物的形成;

        1.6.4、Y吸電子基團(tuán)可加速水解反應(yīng)如氨基硅烷;

        1.6.5、與水不混溶的硅烷水基慢如;

        1.6.6、硅鏈上的大基團(tuán)會(huì)減慢水解反應(yīng);

        1.6.7、醇類溶劑減慢水解反應(yīng);

        1.6.8、硅烷三醇不穩(wěn)定, 容易進(jìn)一步縮聚。

        1.7、硅烷水解的催化劑

        任何酸或堿可催化水解反應(yīng):

        1.7.1、天然酸, 如鹽酸, 硫酸和磷酸;

        1.7.2、氫氧化物和醇鹽, 如苛性蘇打;

        1.7.3、錫IV和錫II復(fù)合物, 如二月桂酸二丁錫;

        1.7.4、鈦酸酯, 如四-異丙氧基鈦酸酯;

        1.7.5、鋯鹽, 如乙氧鋯;

        1.7.6、磷復(fù)合物, 如磷酸鹽和亞磷酸鹽的水解產(chǎn)物;

        1.7.7、胺, 如三丁基胺和咪唑啉。

        1.8、硅烷有機(jī)基團(tuán)的重點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)

        1.8.1、烯基硅烷偶聯(lián)劑

        CH2=CH-SiX3

        CH2=CH-(CH2)n-SiX3

        a.聚合與共聚反應(yīng)

        b.加成反應(yīng)

        1.8.2、含氨基的硅烷偶聯(lián)劑

        H2N-C3H6Si(OR)3

        a.加成反應(yīng)

        b.與羧酸衍生物反應(yīng)

        1.8.3、含環(huán)氧的硅烷偶聯(lián)劑

        a.與氨基加成反應(yīng)

        b.環(huán)氧基團(tuán)與羧基反應(yīng)

        c.與羥基在強(qiáng)堿或雙金屬催化加成反應(yīng)

        1.8.4、含巰基的硅烷偶聯(lián)劑

        a.與含不飽和基團(tuán)的有機(jī)物加成反應(yīng)

        2、硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用

        2.1、硅烷偶聯(lián)劑的功能

        2.1.1、是可用作基體間的彈性橋聯(lián)劑,即改善兩種區(qū)別化學(xué)性能材料之間的粘接性,達(dá)到加強(qiáng)制品的機(jī)械、電絕緣、抗老化及憎水等綜合性能的目的;

        2.1.2、是可用作材料表面改性劑,賦予防水、防靜電、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能;

        2.1.3、是用作非交聯(lián)聚合物體系的交聯(lián)固化劑,使其實(shí)現(xiàn)常溫常壓固化。

        2.2、硅烷在涂料中的應(yīng)用

        2.2.1、加強(qiáng)附著力

        a.在有機(jī)聚合物與無(wú)機(jī)氧化物之間增多附著力

        b.在難附著的有機(jī)底材上加強(qiáng)附著力

        2.2.2、交聯(lián)劑(加強(qiáng)耐水性)

        a.可反應(yīng)性聚合物

        b.擁有潮氣固化反應(yīng)的特點(diǎn)

        2.3、硅烷在橡膠中的應(yīng)用

        硅烷偶聯(lián)劑重點(diǎn)用在白炭黑中,與白炭黑和橡膠起反應(yīng),重點(diǎn)功效是:

        2.3.1、增多白炭黑與橡膠的結(jié)合力

        2.3.2、增多制品的耐磨性

        2.3.3、減小制品的滾動(dòng)阻力

        硅膠-硅烷-橡膠偶聯(lián)劑功效機(jī)理

        2.4、硅烷在膠黏劑中的應(yīng)用

        性能優(yōu)點(diǎn):優(yōu)異的附著力、加強(qiáng)拉伸強(qiáng)度和彈性

        功效原理:Y 暗示乙烯基、環(huán)氧基、氨基、等有機(jī)官能團(tuán),常與膠黏劑基體樹(shù)脂中的有機(jī)官能團(tuán)出現(xiàn)反應(yīng)﹔X暗示氯基、甲氧基、乙氧基等,這些基團(tuán)易水解成硅醇而與無(wú)機(jī)材料(玻璃、硅石、金屬等)表面的氧化物或羥基反應(yīng),生成穩(wěn)定的硅氧鍵。因此呢,通過(guò)運(yùn)用硅烷偶聯(lián)劑“分子橋”,把兩種完全區(qū)別的材料粘結(jié)在一塊。

        2.5、加強(qiáng)填料填充聚合物性能

        2.5.1、加強(qiáng)填料在聚合物中的分散性

        韌性哥注:經(jīng)過(guò)硅烷處理的填料,能夠與聚合物基材結(jié)合更緊密,在有些填充量比很強(qiáng)的場(chǎng)合,填料加的多,容易出現(xiàn)刮白現(xiàn)象,經(jīng)過(guò)硅烷處理的填料,就能避免。

        2.5.2、加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度(撕裂強(qiáng)度, 拉伸強(qiáng)度, 斷裂伸長(zhǎng)率, 沖擊強(qiáng)度)

        2.5.3、降低擠出和加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱.

        2.5.4、防止過(guò)早熱分解.

        2.5.5、加強(qiáng)濕態(tài)電氣性能和濕態(tài)機(jī)械性能.

        硅烷的有機(jī)官能團(tuán)和樹(shù)脂相匹配令性能明顯加強(qiáng)

        2.6、硅烷的防水性

        性能優(yōu)點(diǎn):

        a.明顯的憎水性能

        b.明顯降低石膏、水泥等建材的吸水率

        c.良好的呼氣透氣性

        d.加強(qiáng)建材耐堿、鹽、酸的侵蝕能力

        應(yīng)用 : 瓷磚、混凝土 、石材….

        硅烷 : YC-1004, YC-1005

        2.7、硅烷與烯烴交聯(lián)反應(yīng)

        將熱塑性聚乙烯經(jīng)過(guò)分子之間的化學(xué)鍵形成三維的分子結(jié)構(gòu), 阻止材料重新熔融的過(guò)程。

        2.7.1、硅烷交聯(lián)反應(yīng)功效

        a.加強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)用溫度

        b.加強(qiáng)耐蠕變性

        c.加強(qiáng)耐溶劑性

        d.加強(qiáng)耐應(yīng)力開(kāi)裂性

        2.7.2、硅烷交聯(lián)反應(yīng)應(yīng)用:

        a.電線電纜 – 用于低壓和中壓電力電纜的絕緣

        b.管材 – 水管和地板采暖管

        c.熱收縮制品 – 電力電纜的片材

        d.薄膜 - 耐蠕變和收縮用途

        e.生產(chǎn)硅烷交聯(lián)熱塑性橡膠TPV

        2.8、硅烷在玻璃纖維中的應(yīng)用

        性能優(yōu)點(diǎn)-加強(qiáng)玻璃鋼的力學(xué)性能

        2.9、有機(jī)硅烷對(duì)無(wú)機(jī)材料的反應(yīng)性

        平常硅烷偶聯(lián)劑歸類及型號(hào):

        氨基:A-1100, A-1102, A-1110, A-1170

        雙氨基:A-1120, A-2120

        三氨基:A-1130

        異氰酸酯:A-1310

        環(huán)氧:A-186, A-187

        甲基丙烯酰氧基:A-174

        巰基:A-1891

        聚硫:A-1289, A-1589

        脲基:A-1160, A-1524

        乙烯基:A-171, A-151, A-172, A-2171, RC-1

        硅脂:A-137, A-162, A-1230, A-1630

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